Запутанность, которую нельзя увидеть: учёные нашли способ её удержать
Квантовая физика вновь преподнесла экспериментальное подтверждение явления, которое долгое время оставалось лишь теоретической гипотезой. Международная группа исследователей под руководством учёных из Южной Кореи впервые сумела создать коллективную квантовую запутанность, берущую начало в тёмных состояниях. Этот результат открывает дорогу к новому поколению квантовых технологий — от сверхчувствительных датчиков до долговременной памяти для квантовых компьютеров.
Что такое тёмные состояния
Тёмное состояние вещества — это квантовая конфигурация, которая практически не взаимодействует с фотонами и потому не фиксируется обычными спектроскопическими методами. В отличие от "светлых" состояний, они гораздо устойчивее к шуму и внешним возмущениям, что делает их идеальными кандидатами для задач хранения и передачи информации.
Главная сложность заключалась в том, что тёмные состояния крайне трудно не только создать, но и удержать достаточно долго, чтобы использовать на практике.
Южнокорейский эксперимент
Физики из Ульсанского национального института науки и технологий разработали установку на основе нанополостей с тщательно настроенными параметрами потерь. При определённом балансе между связью квантовых точек и рассеиванием энергии формировалось коллективное состояние, демонстрирующее уникальные свойства.
"Когда потери в резонаторе слишком велики, квантовые точки действуют независимо. Но если связь достаточно сильна, формируется коллективное запутанное состояние, устойчивое к внешним возмущениям", — пояснил первый автор исследования Ким Кю Ён.
В ходе работы учёные зафиксировали существование запутанности до 36 наносекунд — это примерно в 600 раз дольше, чем у светлых состояний (62 пикосекунды).
Неклассическая группировка фотонов
Несмотря на то, что тёмные состояния обычно подавляют излучение фотонов, исследователи наблюдали явление их синхронного испускания. Такое поведение является прямым доказательством того, что система находилась именно в тёмном состоянии.
Сравнение светлых и тёмных состояний
| Характеристика | Светлые состояния | Тёмные состояния |
|---|---|---|
| Взаимодействие с фотонами | Сильное | Минимальное |
| Время жизни | ~62 пс | ~36 нс |
| Устойчивость к возмущениям | Низкая | Высокая |
| Потенциал применения | Ограниченный | Память, датчики, хранение энергии |
Советы шаг за шагом: как создаются тёмные состояния
-
Подготовка квантовых точек и нанополостей.
-
Настройка коэффициентов потерь в резонаторе.
-
Поддержание баланса между связью и рассеиванием энергии.
-
Регистрация коррелированных фотонов.
-
Анализ времени жизни состояния.
Ошибка → Последствие → Альтернатива
• Ошибка: недостаточный контроль параметров нанополости.
• Последствие: отсутствие запутанности, квантовые точки ведут себя независимо.
• Альтернатива: точная настройка потерь и связи.
• Ошибка: игнорирование шумов среды.
• Последствие: разрушение состояния за доли наносекунды.
• Альтернатива: использование защищённых тёмных конфигураций.
А что если…
А что если удастся увеличить время жизни тёмного состояния не до десятков наносекунд, а до секунд? Это перевернёт подход к квантовым вычислениям и сделает возможным создание устойчивой квантовой памяти для глобальных сетей.
Китайский вклад: телепортация и память
Параллельно исследователи из Нанкинского университета совершили ещё один важный шаг: квантовую телепортацию с записью состояния в твердотельную память в диапазоне частот стандартного телеком-оборудования. Время хранения удалось увеличить в 400 раз, что открывает путь к практической интеграции с существующей оптоволоконной инфраструктурой.
FAQ
Что такое тёмные состояния?
Это квантовые состояния, почти не взаимодействующие со светом и потому крайне устойчивые.
Почему время жизни так важно?
Чем дольше сохраняется состояние, тем выше шансы его использования в вычислениях и сенсорах.
Можно ли уже применять результаты?
Пока это фундаментальные эксперименты, но они открывают перспективы для практических квантовых технологий.
Мифы и правда
• Миф: тёмные состояния невозможно зафиксировать.
Правда: современные эксперименты показали их существование и особенности.
• Миф: такие состояния абсолютно стабильны.
Правда: они лишь гораздо устойчивее светлых, но всё же ограничены во времени.
• Миф: квантовая телепортация означает "перенос человека".
Правда: речь идёт о передаче квантовой информации, а не материальных объектов.
Три интересных факта
-
Время жизни 36 наносекунд — рекорд для запутанных тёмных состояний.
-
Синхронное испускание фотонов — редкое явление, напрямую связанное с квантовой корреляцией.
-
Технология может применяться не только для памяти, но и для сбора энергии на основе квантовых принципов.
Исторический контекст
• XX век — развитие квантовой теории и предсказание существования тёмных состояний.
• Начало XXI века — первые попытки моделировать их в лабораториях.
• 2020-е годы — успешная реализация коллективной запутанности и квантовой телепортации в эксперименте.
Подписывайтесь на Moneytimes.Ru
